DE7315364U

DE7315364U - Keramischer kondensator

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Publication number: DE7315364U
Application number: DE7315364U
Authority: DE
Original assignee: Draloric Electronic 8500 Nuernberg GmbH
Current assignee: Draloric Electronic 8500 Nuernberg GmbH
Priority date: 1973-04-21
Filing date: 1973-04-21
Publication date: 1976-06-24

Description

CRL Electronic. |8·672 Selb, d»m U. April 1973

Bauelemente GmbH ,y2P-.Pl/es LL

KERAMlSCIiER KONDENSATOR

Die Erfindung betrifft einen Sperrschichtkondensator, bestehend aus einer Reduktionsschicht und einer diese umgebende Reoxidationsschicht 5 insbesondere einen, Mehrfach-Sperrschichtkondensator.

Derartige Sperrschichtkondensatoren besitzen bei niedrigen Nennspannungen hohe Volumenkapazitäten und werden in transistorisierten Geräten verwendet.

Wo noch höhere Kapazitätswerte erforderlich sind, werdenbislang Elektrolytkondensatoren eingesetzt.

Werden die Volumenlcapazitäten einiger Kondensatorbauformen gegenübergestellt, so ergibt sich nach H. Nottebrock: "Kondensatoren", Teil 1, 19^9

Bauform Nennspannung Volumenkapazität

(V-) (nF/mm3)

Vaselinekondensator Metallpapierkond. Kunstfolienkond. Sperrschichtkond.(herk.) Elektrolvtkondensator

Elektrolytkondensatoren haben bei sehr hoher Volumenkapazität den Nachteil einer begrenzten Lagerfähigkeit und eines hohen Verlustfaktors. Die bekannten Sperrschichtkondensatoren mit

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zwei gegenüberliegenden. Elektrodenflächen und zentraler, nicht an die Oberfläche des Keramikkörpers herausgeführter Redukticnsschicht haben den Nachteil, ihr Dielektrikum in Bezug auf hohe Volumenkapazität nicht auszunutzen, weil es sich bei herkö.rjnlichen Sperrschichtkondensatoren um eine Serienschaltung der beiden Teilkapazitäten handelt. Die Kapazität pro reoxidierter Dielektrikurnsschicht ist doppelt so groß, als der an den Kondensatoranschlüssen gemessene Kapazitätswert.

Aus der US-Patentschrift 2 520 376 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensatorkörpers in Schichtform mit hoher Dielektrizitätskonstante bekannt, der nach dem Prinzip eines Sperrschichtkondensators aufgebaut ist. Dabei besteht das keramische Dielektrikum aus einer Mischung aus Erdalkalititanaten mit einem Oxidzusatz seltener Erden, welcher als Reduktionskatalysator wirkt und ein Teil des Kondensatorkörpers in oxidierender Atmosphäre und ein anderer Teil in reduzierender Atmosphäre gebrannt wird.

Die deutsche Patentschrift 879 920 beansprucht ein Verfahren zur Herstellung eines bimorphen Titanates und ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Keratnikstreifen aus Metalltitanaten, TiO oder Mischungen von solchen geformt, und dieser dann so behandelt wird, daß der Keramikkörper teilweise reduziert und sein elektrischer Widerstand verringert wird, wonach man nur einen Teil des Streifens in der Weise einer Oxidationsbehandlung unterwirft, daß im Ergebnis wenigstens zwei Schichten verschiedener elektrischer Leitfähigkeit entstehen. Dieses Verfahren bezieht sich auf die Herstellung bimorpher Übertragerelemente und nicht auf Sperrschichtkondensatoren, obwohl das beanspruchte Verfahren prinzipiell auf die Herstellung von Sperrschichtkondensatoren anwendbar ist und damit zum.Stand der Technik gerechnet \iorden kann wie er im Oberbegriff des Hauptanspruchs gewürdigt wird.

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Desgleichen ist auch aus der DT-AS 1 097 568 ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem gleichmäßig gesinterten Körper aus Erdalkaiititanaten, z.B. Gleichrichter oder Kondensatoren bekannt, wobei der gesinterte Körper durch allseitige Reduktion in einer reduzierenden Atmosphäre zu einem η-leitenden Halbleiterkörper mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 6000 umgewandelt wird, daß auf diesem Halbleiterkörper 2 Elektroden aus Silber, Platin, Zink oder Graphit so aufgebracht werden, daß zwischen mindestens einer Elektrode und dem Halbleiterkörper eine isolierende Grenzschicht von etwa 0,0025 <^° Dicke entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Reoxidations-Dielektrikum bei einem an sich bekannten Sperrschichtkondensator voll auszunutzen, d.h. aus der Serienschaltung der Dielektrika eine Parallelschaltung zu machen, so daß sich eine viermal höhere Volumenkapazität von ungefähr k,7 nF/mm ergibt, die wesentlich über der des Elektrolytkondensators liegt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Reduktionsschicht bis an die Oberfläche des keramischen Kondensatorkörpers herausgeführt und hier sperrschichtfrei j

mit einem Anschluß kontaktiert wird, so daß sich bei elektrisch leitender Kontaktierung der nebeneinanderliegenden Elektrodenflächen und sperrschichtfreier Kontaktierung der Reduktionsschicht(en) eine Parallelschaltung der Reoxidations-Dielektrikurasschichten ergibt.

Dabei können die Einzelscheiben durch Pressen kreis- oder rechteck - bzw. quadratförmig sein oder es kann ein Keramikstrang gezogen werden. Nach dem üblichen Sinterbrand und der anschließenden thermischen Reduktionsbehandlung werden die durchreduzierten, leitenden Keramikscheiben bzw. der Strang tauchmetallisiert■> wobei jedoch ein Teil der Scheibe bzw. des Stranges aus dem Metallisierungsbad heraussteht, so daß ein

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Teil der KeramikoberiTläche von der Metallisierung frei bleibt. Diese Metallisierung wird beispielsweise in einem Silberbnd vorgenommen. Anschließend wird die Metallisierung in einer oxidierenden Atmosphäre auf der Keramikoberfläche derart eingebrannt, daß eine Oberflächenschicht des reduzierten Keramikkörpers reoxidiert und damit nichtleitend wird. Diese Reoxidationsschicht bildet das Dielektrikum eines Sperrschichtkondensators. Der im Inneren des Keraaiikkörpers verbleibende reduzierte und damit leitende Kern ergibt bsi herkömmlichen Sperrschichtkondensatoren die Gegenelektrode zu den aufgebrachten Außenelektroden. Bei Anschluß an den beiden Außenelektroden ergibt sich somit eine Serienschaltung der beiden Sperrschichtteilkapazitäten. Werden die Einzelscheiben oder der Strang mit rechteckigem Querschnitt jedoch bis auf eine Teilfläche tauchmetallisiert, die Metallisierung oxidierend eingebrannt und die von der Metallisierung freibleibende Teiloberfläche derart auseinandergetrennt, daß die im Inneren der Keramik befindliche Reduktionsschicht an die durch das Abtrennen entstandene Oberfläche herausreicht, so ergibt sich bei sperrschichtfreier Kontaktierung der Redulctionsschicht zwischen dieser und der oxidierend eingebrannten Tauchmetallisierung eine Parallelschaltung der beiden Reoxidations-Dielektrikumsschichten und damit gegenüber herkömmlichen Sperrschichtkondensatoren die vierfache Volumenkapazität.

Bei dünnwandigen Keramikscheiben von beispielsweise 0,6 mm Wandstärke ist die sperrschichtfreie Kontaktierung mittels z.B. leitfähigem Kleber durch Walzen, Stempeln oder Pinseln möglich. Einfacher wird das Aufbringen der sperrschichtfreien Kontaktierung auf größeren ebenen Flächen, insbesondere bei einem erfindungsgemäßen, aus mehreren Scheiben zusammengesetzten Sperrschichtkondensator.

Werden gepreßte Einzelscheiben zu einem erfindungsgemäßen Sperrschichtkondensator zusammengesetzt, so kann das Abtrennen eines Teiles des Keramikkörpers bei der Einzelscheibe nach

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dem Einbrand der Außeiimetallisiörung oder er?t nach dem elektrisch leitenden., mechanisch festen Kontaktieren der nebeneinander liegenden Elektrodenfliachen geschehen. Im ersten Fall ist es möglich, Scheiben mit lieoxidationsausfall auszusortieren; im zweiten Fall erhält man auf einfachste V/eise eine ebene Fläche zur sperrschichtfreien Kontaktierung der Reduktionsschichten der einzelnen Scheiben.

Bei Verwendung eines stranggezogenen Keramikkörpers rechteckigen Querschnitts vereinfacht sich die Außenmetallisierung erheblich, da der ganze Strang in einem Tauchvorgang metalli·* siert wird. Nach dem oxidierenden Einbrand der Außenmetallisierung wird der Strang in einem Mehrfachschneidwerkzeug in gleiche Einzellängen zersägt, die anschließend wie bei den gepreßten Scheiben beschrieben, weiterverarbeitet werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, im Vergleich zu herkömmlichen Sperrschichtkondensatoren bei gleicher Spannungsfestigkeit die vierfache Volumenkapazität und bei Mehrfach-Sperrschichtkondensatoren eine große Fläche zur sperrschichtfreien Kontaktierung der Anschlüsse an die Reduktionsschichten zu erreichen, wobei die Parallelschaltung der einzelnen Dielektrikumsschichten ohne weitere Hilfsmittel einfach durch Aneinanderlegen der Einzelscheiben, elektrisch leitende Verbindung aneinanderliegender Elektrodenmetallisierungen und sperrschichtfreie Kontaktierung der Reduktionsschichten hergestellt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Sperrschichtkondensator in Einscheibenbauform im Querschnitt,

Fig. 2 einen Sperrschichtkondensator in Mehrscheibenbauform im Querschnitt,

Fig. 3 einen Einscheiben-Sperrschichtkondensator mit schematisch angedeuteter Trennlinie,

Fig. k einen stranggezogenen Keramikkörper .in räumlicher

Darstellung, <

Fig. 5 eine kreisförmige Keramikscheibe in Auf- und Seitenansicht,

Fig. 6 eine Darstellung der Scheibe entlang der Schnittlinie AD aus Fig. 5t

Fig. 7 eine räumliche Darstellung eines Mehrfach-Sperrschichtkondensators mit rechteckiger Grundfläche und

Fig. 8 eine räumliche Darstellung eines Mehrfach-Sperrschichtkondensators mit kreisförmiger Grundfläche.

Fig. l zeigt einen Querschnitt durch einen Sperrschichtkondensator 1 kreis- oder rechteckförmiger Grundfläche, bestehend aus der Reduktionsschicht 6 und der diese umgebenden Reoxidationsschicht 5» welche das Kondensator dielektrikum bildet«. An der Scheibenoberfläche befindet sich die Metallisierung 2, ■welche durch Tauchen hergestellt wird und die den Scheibenkörper nicht vollständig umgibt. Die zwischen der Metallisierung 2 und der Reduktionsschicht 6 befindlichen Dielektrikunis schicht en 5 sind dabei parallel geschaltet. Die Reduktionsschicht 6 reicht an der von der Außenmetallisierung 2 nicht bedeckten Oberfläche an diese heraus und wird hier sperrschichtfrei mit einem Anschluß 9 elektrisch leitend verbunden, wobei die sperrschichtfreie Kontaktierung 8 beispielsweise ein elektrisch leitender Kleber ergibt. Der zweite Anschluß 9 ist an der Außenmetallisierung 2 elektrisch leitend verbunden. Der mit Anschlüssen 9 versehene Sperrschichtkondensator ist mit einer Umhüllung 10 zum Schutz gegen Feuchtigkeit umgeben.

Fig. 2 zeigt einen Sperrschichtkondensator in Scheibenbauform, bei dem die von der Reoxidationsschicht 5 umgebenen Reduktionsschichten 6 sperrschichtfrei metallisiert 8 sind und die Außenmetallisierungen 2 durch Verbindungsschichten 7 aus z.B. Lötzinn elektrisch leitend verbunden sind, wobei nach Anbringen der Anschlüsse 9 der Kondensator mit einer Umhüllung lO versehen wird.

Fig· 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Sperrschichtkondensator 1 mit Außenmetallisierung 2, die oxidierend auf der durchreduzierten Keramikscheibe eingebrannt wird, so daß sich die Oxidationsschicht 5 um die verbleibende Redukv.ionsschicht 6 ausbildet. Durch Trennen des Keramikkörper» entlang der Schnittlinie k wird die Reduktionsschicht 6 an dieser Stelle an die Scheibenoberfläche verlegt.

Fig. 4 zeigt einen stranggezogenen Keramikkörper 1 mit rechteckigem Querschnitt, der nach dem Sinterbrand und thermischer Behandlung in reduzierender Atmosphäre durch eine Tauchvorgang an der Oberfläche metallisiert wird, wobei die Außenmetallisierung 2 nicht die gesarate Oberfläche bedeckt. Nach dem oxidierenden Einbrand der Außenmetallisierung 2 wird der Strang entlang der Schnittlinien 3 auseinander geschnitten und vor oder nach dem Zusammenbau zu einem Mehrfach - Sperrschichtkondensator entlang der Schnittlinie k auseinandergetrennt, so daß die Reduktionsschichten an den Scheibenoberflächen zu liegen kommen. Die Schnitte entlang der Schnittlinien 3 können jedoch auch vor dem Tauchmetallisiervorgang durchgeführt werden, so daß die Außenmetallisierung auch die im ersten Fall freibleibenden Querschnittsflächen entsprechend bedeckt. Wesentlich ist der Schnitt entlang der Schnittlinie 4, der den leitfähigen (reduzierten) Kern freilegt.

Fig. 5 zeigt eine kreisförmige Keramikscheibe 1 in Auf- und Seitenansicht mit der Außenmetallisierung 2. Strichpunktiert ist die Schnittlinie h dargestellt, die parallel zum Metallisierungsrand verläuft und an der die Scheibe auseinandergetrennt wird.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie AB aus Fig. 5 mit der Außenihetallisierung 2, der Reoxidationsschicht 5 und der Reduktionsschicht 6, die durch Trennen des Keramikkörpers 1 entlang der Schnittlinie k an die Oberfläche herausragt.

Fig, 7 zeigt eine räumliche Darstellung eines Mehrscheiben Sperrschichtkondensators mit Anschlüssen 9 und Umhüllung lO

Fig. 8 zeigt eine räumliche Darstellung eines Mehrscheiben Sperrschichtkondensators kreisförmiger Grundfläche mit den
Außenmetallisierungen 2, der zum Metallisierungsrand parallel verlaufenden Schnittlinie 4, mit der sperrschichtfreien Kontaktierung 8 und den Anschlüasen 9·

■ ANSPRUCHE

Claims

CRL Electronic» Bß.72 Selb, den ll, April 1973/ ''" Bauelemente GmbH ZIUFi/es ANSPRÜCHE :

1. Sperrschichtkondensator, bestehend aus einer Reduktionsschicht und einer diese umgebenden Reoxidationsschicht, dadxirch gekennzeichnet, daß die Reduktionsschicht an eine Teiloberfläche des keramischen Kondensatorkö'rpers herausreicht und hier sperrschichtfrei mit einem Anschluß kontaktiert ist, während der zweite Kondensatoranschluß an der oxidierend eingebrannten Metallelektrode befestigt ist, welche die Reduktionsschicht bis in die Nähe dieser Teilfläche umschließt.

2. Sperrschichtkondensator, bestehend aus mehreren Kondensatoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren nebeneinander angeordnet und die Reduktionsschichten alle auf der gleichen Seite an die Oberfläche herausgeführt sind, so daß sich bei elektrisch leitender Kontaktierung der nebeneinanderliegenden Elektrodenflächen und sperrschichtfreier Kontaktierung der Reduktionsschichten eine Parallelschaltung sämtlicher Reoxidations - Dielektrikumsschichten ergibt.

3· Sperrschichtkondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er Kreis- oder Rechteck - Scheibenform besitzt und die Reduktionsschicht bzw. Reduktionsschichten durch Abtrennen aines Teiles des / der Keramikkörper an die Oberfläche herausreicht, wobei der Trennschnitt parallel zum Rand der oxidierend eingebrannten Metallelektrode verläuft.

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